1612727554-7422b28b59adffe5b22446310d759047 (828458), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Так, опыты показали, что тепловой эффект при сгорании нитроглицеринового пороха при давлениях, меньших 40 кг/см', составляет всего лишь около 53$ теплоты горения пороха при р)~ 70 кг/см'. Чувствительность к давлению различных порохов не одинакова. Так, дымные пороха при атмосферном давлении горят приблизительно в !О раз быстрее, чем пироксилиновый ружейный порох. При больших давлениях (2500 кг/см') наблюдается обратная картина: скорость горения пироксилиновых порохов значительно больше, чем дымных. Изучая'горение различных порохов при давлениях, близких к атмосферному, Баум установил, что чувствительность порохов к давлению, как правило, возрастает с увеличением количества газообразных продуктов горения.
При отсутствии газообразных продуктов реакции скорость горения не зависит от внешнего давления. Механизм горения нигроцеллюлознах порохов, Механизм горения нитроцеллюлозных порохов до недавнего времени оставался почти не изученным, что служило серьезным препятствием для создания полноценной теории их горения. Попытка построения такой теории была сделана Зельдовичем на основе изложенных выше общих пред=тавлений Беляева о механизме горения конденсированных ВВ. Основная особенность этой теории заключается в допущении, что процессу горения пороха предшествует его газификация.
Горение, таким образом, протекает в газовой фазе. В этом случае к горению порохов оказываются применимыми основные закономерности теории горения газовых смесей. Главное отличие горения порохов от горения конденсированных ВВ заключается в том, что испарение конденсированной фазы заменяется ее газификацией, которая, согласно Зельдовичу, является слабо зндотермическим, нли слабо экзотермическим процессом. Общая схема процесса горения нитроцеллюлозных порохов, по Зельдовичу, представляется следующим образом.
При подводе тепла к конденсированной фазе температура на поверх- ГОРЕНИЕ ПОРОХОВ 4!5 ности раздела фаз (порох, газы) поднимается до некоторой температуры Тр, при которой начинается газификация прогретого слоя пороха. Образующиеся газообразные продукты благодаря переносу тепла из зоны горения прогреваются до температуры, при которой начинается химическая реакция, приводящая к образованию конечных продуктов разложения пороха. ТР практически не зависит от начальной температуры и давле-. ния. С увеличением скорости горения Тр имеет тенденцию к росту, но так как скорость разложения экспоненциально зависит от температуры, то увеличиваются затраты тепла на газификацию и Тр остается постоянной. Чем больше скорость горения, тем меньше толщина прогретого слоя пороха, но так как Т„ТР и Т„остаются постоянными, то увеличивается крутизна кривой распределения температур.
При малой скорости горения кривая будет пологой, так как за больший промежуток времени успеет прогреться больший по толщине слой вещества. С повышением давления скорость горения растет и толщина прогретого слоя должна уменьшиться. Этот результат теории был подтвержден экспериментально Аристовой и Лейпунским. Основные принципиальные выводы теории Зельдовича качественно правильно отражают те закономерности, которые наблюдаются при горении пороха, однако теория эта не дает количественного согласия с результатами эксперимента. Это объясняется известным упрощением сложного механизма горения порохов. Левкович и Арш на основании анализа результатов экспериментов показали, что горение пороха представляет собой значительно более сложный процесс, чем это следует из схемы Зельдовича.
Согласно этим авторам, горение пороха протекает не только в газовой, но и в конденсированной фазе. Реакция в конденсированной фазе протекает с выделением около 50% тепла и, следовательно, должна играть существенную роль в процессе горения пороха. Весьма важное значение в процессе горения пороха приобретают промежуточные окислительно-восстановительные реакции с участием окислов азота (ХОь ХО), скорость которых сильно зависит от давления. Этим объясняется то обстоятельство, что горение нитроцеллюлозных порохов при пониженных давлениях обычно сопровождается значительным образованием МО. Последующие исследования подтвердили некоторые положения Левковича и Арша и привели к дальнейшему существенному уточнению механизма горения порохов.
Райс и Джинелл разработали количественную теорию горения нитроцеллюлозных порохов, принимая, что процесс 416 (гл, х говения взеывчлтых зешвств горения состоит нз ~рех стадий: экзотермической реакции в конденсированной фазе, промежуточной реакции в газовой фазе, приводящей к образованию г)О и взаимодействия между продуктами неполного горения н МО. Основные соотношения в теории Райса и Джинелла получены при тех же предположениях и теми же методами, которые впервые были использованы Франк-Каменецким и Зельдовичем. Особенности теории Райса н Джинелла заключаются в следующем. При очень малых давлениях ведущую роль в процессе распросгранения горения играют реакции в конденсированной фазе, скорость которых не зависит от давления, но зависит от температуры.
При более высоких давлениях (до нескольких атмосфер) преобладающее значение в процессе горения приобретают бимолекулярные реакции, протекающие во второй фазе, например, реакция ХО+ СО. Особенность этих реакций состоит в том, что они идут при малых энергиях активации, вследствие чего их скорость мало зависит от температуры, но сильно зависит от давления. Реакция третьей фазы (пламенная) протекает лишь при давлениях 20 атм и выше. Тепло, выделяющееся в этой зоне, передается примыкающей к ней зоне промежуточных реакций теплопроводностью, а из последней — в конденсированную фазу, что ведет к дополнительному нагреву ее поверхностных слоев и соответствующему повышению скорости горения.
При высоких давлениях реакция в третьей зоне оказывает решающее влияние на скорость горения. Результаты теории Зельдовича дают возможность определить основные параметры, характеризующие способность ВВ к воспламенению (воспламеняемость ВВ). Если поверхность пороха (заряда ВВ) подвергается воздействию источника тепла с достаточно высокой температурой, то критическая температура на поверхности ВВ, при которой становится возможным воспламенение, достигается не сразу, а через некоторое время т Время т. зависит от соотношения между скоростью передачи энергии от теплоносителя и скоростью отвода тепла от поверхности в глубь вещества.
В момент достижения на поверхности ВВ критической температуры (Т„) в прилегающем к поверхности слое ВВ устанавливается распределение температуры в соответствии с законом Михельсона, чем определяется толщина прогретого слоя. Количество тепла в прогретом слое к моменту воспламенения, т. е. достижения температуры Тз на поверхности, может быть определено из соотно- шения 411 й 551 переход горкина в двтонкиию Из этого соотношения следует, что так называемая температура вспышки, устанавливаемая при определенных стандартных условиях, не может служить критерием воспламеняемости ВВ. Этот вопрос несколько подробнее рассмотрен в главе ХЧ.
$55. Переход горения в детонацию Механизм перехода горения в детонацию в газовых смесях. Условия перехода горения в детонацию проще всего устанавливаются путем рассмотрения нестационарных процессов распространения пламени в газовых смесях. Равномерное распространение пламени с постоянной скоростью осуществляется лишь при зажигании газовой смеси у открытого конца трубы. При горении же в закрытых трубах пламя ' распространяется с непрерывно возрастающей скоростью. Причиной самоускорения процесса является прогрессивное сжатие газовой смеси впереди'фронта горения. Это явление было подтверждено экспериментально Киркби и Вилером.
Благодаря непрерывному повышению давления (а следовательно, также плотности и температуры) реакция в каждом последующем слое газа идет быстрее и заканчивается в более короткий промежуток времени. Повышение давления впереди фронта пламени происходит вследствие возникновения в газе волн сжатия, которые образуются благодаря расширению продуктов горения. Пламя приводит в движение находящийся перед ним газ, действуя подобно поршню.
Каждая последующая волна сжатия, распространяясь в более плотной среде, догоняет предйдущую и в результате наложения таких элементарных волн постепенно образуется достаточно крутой перепад давления, характерный для ударной волны. Механизм формирования ударной волны из таких элементарных импульсов сжатия был схематически показан на рис. 35. Кривая 00 описывает движение'пламени во времени в координатах 1, х.
От отдельных точек этой кривой отходят характеристики (элементарные волны сжатия), скорость распространения которых равна и+с и тем больше, чем больше скорость пламени. Это приводит к тому, что характеристики пересекаются (см. $23), образуя достаточно интенсивную ударную волну. По мере распространения пламени интенсивность ударной волны возрастает, а вместе с ней возрастает и скорость движения газа.
Таким образом, скорость распространения пламени относительно неподвижной смеси будет (55,1) и=и,+а„ 27 Физика азрыаа 4!6 говенна взеывчлтых веществ 1гл. х где и~ — скорость пламени относительно движущегося газа, из — скорость газа, сжатого ударной волной. Возникновение волн сжатия в исходной газовой смеси было доказано непосредственнымн фотографиями, снятыми по методу Теплера. Одна нз таких фотографий, заснятая прн горении смеси СНл+ 20ь приведена на рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
